可重構(gòu)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)度方法的研究.pdf

1、可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)是一類構(gòu)形可變的新型制造系統(tǒng),能夠根據(jù)生產(chǎn)需求,快速改變系統(tǒng)構(gòu)形,以經(jīng)濟(jì)的方式準(zhǔn)確地提供所需的功能和產(chǎn)能?？芍貥?gòu)物流系統(tǒng)(RMHS)是RMS的重要組成部分,必須具有快速改變構(gòu)形的能力,以適應(yīng)RMS的要求。基于多自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)(AGVS)的RMHS運(yùn)作中的關(guān)鍵問題是:為系統(tǒng)選擇怎樣的布局和路徑網(wǎng)絡(luò),以及如何調(diào)度搬運(yùn)任務(wù),以使得物流成本最小化,即設(shè)計(jì)與調(diào)度問題。RMHS的設(shè)計(jì)與調(diào)度問題是復(fù)雜的組合優(yōu)化問題,而且在RM

2、S環(huán)境下,需要考慮系統(tǒng)構(gòu)形頻繁變化、工作站重構(gòu)等復(fù)雜多變的問題,對(duì)于這個(gè)問題尚缺乏系統(tǒng)化的、行之有效的求解理論與方法。
　　 針對(duì)這一情況,在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)雜生產(chǎn)制造過程實(shí)時(shí)、智能控制與優(yōu)化理論和方法研究”的資助下,圍繞課題“生產(chǎn)制造系統(tǒng)重構(gòu)過程的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制理論與方法研究”,本文展開基于AGVS的RMHS設(shè)計(jì)與調(diào)度方法的研究,提出了有效的設(shè)計(jì)方法和調(diào)度方法,本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.提出同時(shí)考慮布

3、局和路徑網(wǎng)絡(luò)的更加符合實(shí)際情況的RMHS設(shè)計(jì)模型。根據(jù)基于AGVS的RMHS的特點(diǎn),綜合考慮布局和路徑網(wǎng)絡(luò)對(duì)物流成本的影響,考慮系統(tǒng)工作站布局重構(gòu)的成本,提出集成考慮布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的RMHS設(shè)計(jì)模型。該模型的目標(biāo)是最小化系統(tǒng)總物流成本,包括AGV的負(fù)載路程和空載路程產(chǎn)生的成本,以及工作站重構(gòu)的成本；主要決策變量是工作站布局變量和路徑方向變量；需要滿足路徑長(zhǎng)度、路徑方向、流量等約束條件。
　　 2.提出改進(jìn)類電磁機(jī)制算法的RMHS

4、設(shè)計(jì)方法。類電磁機(jī)制算法是一種較新的啟發(fā)式方法,具有較好的求解速度和求解質(zhì)量。但是初始的類電磁機(jī)制算法針對(duì)連續(xù)系統(tǒng)問題,為了應(yīng)用在離散系統(tǒng)中,需要進(jìn)行離散化改進(jìn)。變鄰域搜索策略是較好的局部搜索策略,能系統(tǒng)地搜索各個(gè)鄰域。針對(duì)RMHS的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題、布局設(shè)計(jì)問題以及集成設(shè)計(jì)問題,分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的改進(jìn)類電磁機(jī)制算法。
　　 1)提出改進(jìn)類電磁機(jī)制算法的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。針對(duì)RMHS的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問題,進(jìn)行類電磁機(jī)制算法的設(shè)計(jì)。對(duì)路

5、徑網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)處理,以降低計(jì)算量,提高解的可行性。在改進(jìn)的類電磁機(jī)制算法中,粒子采用離散的二進(jìn)制編碼,其編碼長(zhǎng)度等于預(yù)處理后邊的數(shù)量。在局部搜索中,采用變鄰域搜索策略,為了降低計(jì)算量,只對(duì)當(dāng)前最優(yōu)粒子進(jìn)行局部搜索。根據(jù)粒子的總物流路程來計(jì)算帶電量。在移動(dòng)過程中,粒子根據(jù)合力的排序概率移動(dòng)。對(duì)局部搜索和移動(dòng)過程中產(chǎn)生的不可行解,進(jìn)行有限修正,以提高可行解的比例。為了驗(yàn)證所提出算法的效果,提出基于遺傳算法的路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法作為對(duì)比方法,采用分

6、支定界方法作為優(yōu)化方法。通過多個(gè)計(jì)算實(shí)例,與其他方法比較來驗(yàn)證所提出方法的有效性。
　　 2)提出改進(jìn)類電磁機(jī)制算法的布局設(shè)計(jì)與重構(gòu)方法。針對(duì)RMHS的布局設(shè)計(jì)與重構(gòu)問題,進(jìn)行類電磁機(jī)制算法的設(shè)計(jì)。粒子采用按照排列順序編碼的方法,在局部搜索過程中,采用變鄰域搜索策略,對(duì)所有粒子進(jìn)行局部搜索。在移動(dòng)過程中,根據(jù)合力的排序來確定粒子的移動(dòng)。作為比較,提出基于遺傳算法的布局設(shè)計(jì)與重構(gòu)方法。在問題規(guī)模較小的時(shí)候,采用窮舉法得到最優(yōu)解。通

7、過多個(gè)計(jì)算實(shí)例,與其他方法比較驗(yàn)證所提出方法的有效性。
　　 3)提出改進(jìn)類電磁機(jī)制算法的集成布局和路徑網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。布局與路徑網(wǎng)絡(luò)是密切相關(guān)的兩個(gè)方面,可以通過集成設(shè)計(jì)來擴(kuò)大可行解的空間,獲得比單獨(dú)設(shè)計(jì)更優(yōu)的解,從而可能明顯降低總的物流成本。針對(duì)RMHS的集成設(shè)計(jì)問題,進(jìn)行類電磁機(jī)制算法的設(shè)計(jì)。粒子采用二段編碼的方法,對(duì)布局和路徑網(wǎng)絡(luò)分別編碼。在局部搜索過程中,采用變鄰域搜索策略,對(duì)布局和路徑網(wǎng)絡(luò)分層次搜索。在合力計(jì)算過程中,

8、分別計(jì)算布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的合力。在移動(dòng)過程中,根據(jù)布局和路徑網(wǎng)絡(luò)的合力,分別移動(dòng)。為了驗(yàn)證所提出方法的效果,采用分步設(shè)計(jì)方法作為對(duì)比方法,采用分支定界方法作為優(yōu)化方法。設(shè)計(jì)多個(gè)計(jì)算實(shí)例,通過與其他方法的比較,驗(yàn)證集成設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　 3.提出避免死鎖的多屬性任務(wù)調(diào)度方法。任務(wù)調(diào)度是物流系統(tǒng)管理控制方面的重要問題。針對(duì)RMHS快速多變,需要較高成本經(jīng)濟(jì)效益的特點(diǎn),提出避免死鎖的多屬性任務(wù)調(diào)度方法。為了綜合系統(tǒng)多方面的影響,采

9、用多屬性的調(diào)度方法。選擇距離、輸入輸出緩沖區(qū)狀態(tài)作為調(diào)度的屬性。根據(jù)系統(tǒng)的加工和搬運(yùn)資源,確定各個(gè)屬性的權(quán)值。為了確保系統(tǒng)無死鎖,在多屬性任務(wù)調(diào)度過程中,加入基于剩余容量的死鎖避免策略。該方法能夠綜合考慮系統(tǒng)多方面因素的影響,確保系統(tǒng)無死鎖運(yùn)行。通過多個(gè)仿真實(shí)例,說明了死鎖避免策略能確保系統(tǒng)無死鎖,多屬性調(diào)度方法優(yōu)于幾種常用的調(diào)度方法。
　　 4.結(jié)合多agent和離散事件仿真技術(shù),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了RMHS的任務(wù)調(diào)度仿真系統(tǒng)。針對(duì)R